Microbiome mining: machine learning for discovery of genetic dark matter, metabolic pathways, and ecological processes from metagenomes

• 研究課題/領域番号: 18H03367
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分63010:環境動態解析関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 延 優 (NOBUMASARU・KONISHI) 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (40805644)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2020年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
• キーワード: Metagenomics / Bioinformatics / Methanogenesis / Archaea / Genomics / Bacteria / Metabolism / Evolution / メタゲノム解析 / 環境ゲノム解析 / 遺伝子解析 / 微生物代謝 / 微生物 / 代謝 / ゲノム / メタゲノム / 遺伝子 / ゲノム解析 / 機械学習 / Machine Learning / Machine learning / Syntrophy

研究成果の概要

生命は様々な生化学的な能力を持つが、そのすべての基盤が各細胞内に格納されているゲノム及び遺伝子に刻まれている。しかし、その遺伝子の半数以上が機能がまだ特定されていない未知遺伝子であり、我々はまだ生命が秘める能力のごく一部しか捉えられていない。本研究では未知遺伝子がもたらす新たな機能を紐解くことで、様々な生態系の物質循環プロセスを駆動する未知生物現象を発見し、見落とされてきた古代と現代の生命の進化の解明にも成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

持続的な社会実現において地球上の様々な生態プロセスを理解し、社会の自然環境への影響を最小限にする必要がある。地球上の多様な生態系の物質循環、社会から自然界への廃棄物の流れ、どちらの中心にも微生物の特異的な能力による生化学反応がある。しかし、現代のデータサイエンスが駆動する学術界では、生命の研究は進めば進むほど未知な領域が拡大していく。本研究ではこの膨大な未知微生物・未知遺伝子データの解読を軸に、地球や社会にとって有用な微生物機能を発掘する手法の開発に貢献し、さらにこれまで見落とされてきた進化の道筋の解明にも成功した。

研究成果

• [雑誌論文] The origin and evolution of methanogenesis and<i>Archaea</i>are intertwined (2023)
  • 著者名/発表者名: Mei Ran、Kaneko Masanori、Imachi Hiroyuki、Nobu Masaru K
  • 雑誌名: PNAS Nexus 巻: 2 号: 2 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Methanogenic archaea use a bacteria-like methyltransferase system to demethoxylate aromatic compounds (2021)
  • 著者名/発表者名: Kurth Julia M.、Nobu Masaru K.、Tamaki Hideyuki、de Jonge Nadieh、Berger Stefanie、Jetten Mike S. M.、Yamamoto Kyosuke、Mayumi Daisuke、Sakata Susumu、Bai Liping、Cheng Lei、Nielsen Jeppe Lund、Kamagata Yoichi、Wagner Tristan、Welte Cornelia U.
  • 雑誌名: The ISME Journal 巻: 15 号: 12 ページ: 3549-3565
  • DOI: 10.1038/s41396-021-01025-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deep Sequencing Uncovers Caste-Associated Diversity of Symbionts in the Social Ant Camponotus japonicus (2020)
  • 著者名/発表者名: Koto Akiko、Nobu Masaru Konishi、Miyazaki Ryo
  • 雑誌名: mBio 巻: 11 号: 2
  • DOI: 10.1128/mbio.00408-20
  • 査読あり
• [雑誌論文] A hydrogen-dependent geochemical analogue of primordial carbon and energy metabolism (2020)
  • 著者名/発表者名: Preiner Martina、Igarashi Kensuke、Muchowska Kamila B.、Yu Mingquan、Varma Sreejith J.、Kleinermanns Karl、Nobu Masaru K.、Kamagata Yoichi、T?ys?z Harun、Moran Joseph、Martin William F.
  • 雑誌名: Nature Ecology & Evolution 巻: 4 号: 4 ページ: 534-542
  • DOI: 10.1038/s41559-020-1125-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Isolation of an archaeon at the prokaryote-eukaryote interface (2020)
  • 著者名/発表者名: Imachi Hiroyuki、Nobu Masaru K.、Nakahara Nozomi、Morono Yuki、Ogawara Miyuki、Takaki Yoshihiro、Takano Yoshinori、Uematsu Katsuyuki、Ikuta Tetsuro、Ito Motoo、Matsui Yohei、Miyazaki Masayuki、Murata Kazuyoshi、Saito Yumi、Sakai Sanae、Song Chihong、Tasumi Eiji、Yamanaka Yuko、Yamaguchi Takashi、Kamagata Yoich
  • 雑誌名: Nature 巻: 577 号: 7791 ページ: 519-525
  • DOI: 10.1038/s41586-019-1916-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Community analysis of gut microbiota in hornets, the largest eusocial wasps, Vespa mandarinia and V. simillima (2019)
  • 著者名/発表者名: Suenami Shota、Konishi Nobu Masaru、Miyazaki Ryo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-019-46388-1
  • 査読あり